多孔介質細觀流動理論及模擬方法

目錄
前言
第1章 多孔介質基本屬性 1
1.1 基本概念和定義 1
1.1.1 多孔介質 1
1.1.2 流體飽和度 3
1.1.3 浸潤性 3
1.1.4 界面張力 4
1.1.5 毛細管壓力 4
1.2 多孔介質的種類及特征 5
1.2.1 單重孔隙介質 5
1.2.2 裂隙介質 6
1.2.3 雙重介質 6
1.2.4 多重介質 7
1.2.5 多孔介質的復雜性 7
1.3 多孔介質中流體的物理特性 8
1.3.1 與壓力相關的氣體物理特性 8
1.3.2 與壓力相關的物理特性 8
1.3.3 與壓力相關的水的物理特性 9
1.3.4 飽和多相流體巖石的滲流特性 9
1.3.5 非牛頓流體的物理性質 10
1.4 多孔介質的應用領域 11
1.4.1 地下水開發(fā)與利用 11
1.4.2 油氣開發(fā)領域 12
1.4.3 化工領域 13
1.4.4 醫(yī)學領域 14
1.4.5 生物體介質 14
第2章 多孔介質細觀尺度流動的力學問題 16
2.1 不同尺度下的基本概念及定義 16
2.1.1 微觀尺度 17
2.1.2 細觀(介觀)尺度 17
2.1.3 宏觀尺度 18
2.2 細觀尺度中流動的微觀力類型及作用范圍 18
2.2.1 微圓管內微觀力類型及作用范圍分析 18
2.2.2 微圓管界面與流體特性參數(shù)表征 25
第3章 考慮固-液界面作用下微可壓縮流體的微圓管穩(wěn)態(tài)流動規(guī)律 31
3.1 微可壓縮流體在圓管內的流動規(guī)律 31
3.1.1 不可壓縮牛頓流體在圓管內的流動規(guī)律 31
3.1.2 微可壓縮牛頓流體的本構方程 33
3.1.3 微可壓縮流體在圓管內的流動規(guī)律數(shù)學模型 34
3.1.4 正則攝動法求解非線性方程組 35
3.2 考慮固-液界面靜電作用力下的微可壓縮流體穩(wěn)態(tài)流動規(guī)律 36
3.2.1 物理模型和數(shù)學模型 36
3.2.2 正則攝動法求解 41
3.2.3 結果與討論 45
3.3 考慮固-液分子間作用力的納微米圓管中流體的流動規(guī)律 46
3.3.1 物理模型和數(shù)學模型 46
3.3.2 正則攝動法求解 52
3.3.3 流動規(guī)律及影響因素 61
第4章 圓管中微可壓縮流體的單相和兩相不穩(wěn)定流動分析 69
4.1 無限長圓管-單相微可壓縮流體不穩(wěn)定流動 69
4.2 有限長圓管-單相微可壓縮流體不穩(wěn)定流動 72
4.3 無限長圓管內有動界面的兩相微可壓縮流體不穩(wěn)定流動 75
4.4 有限長圓管內有動界面的兩相微可壓縮流體不穩(wěn)定流動 80
4.4.1 不考慮固-液界面作用力的兩相流動 80
4.4.2 考慮固-液界面作用的微可壓縮流體的水驅油兩相圓管流動 83
第5章 毛細管束模型模擬多孔介質宏觀流動規(guī)律 89
5.1 毛細管束模型 89
5.2 進出口端定壓時的毛細管束模型 93
5.2.1 數(shù)學模型 93
5.2.2 數(shù)學擬合分析 95
5.3 進口端定流量出口端定壓力時的毛細管束模型 98
5.3.1 數(shù)學模型 98
5.3.2 考慮固-液界面作用力的影響 101
5.3.3 數(shù)學擬合分析 102　
第6章 納微米流體流動動力學數(shù)學模型 105
6.1 納微米單相流體流動動力學數(shù)學模型 105
6.1.1 納微米管單相流動數(shù)學模型 105
6.1.2 納微米管單相流體流動特性模擬分析 110
6.2 納微米兩相流體流動動力學數(shù)學模型 117
6.2.1 納微米管兩相流體流動數(shù)學模型 117
6.2.2 納微米管兩相流體流動影響因素模擬分析 121
第7章 納微米尺度油水流動動力學機制 128
7.1 細觀尺度油水動力學機制 128
7.1.1 微觀剩余油主控因素動力學分析 128
7.1.2 油水分布狀態(tài)與動力學分析 132
7.1.3 網絡結構細觀尺度油水流動規(guī)律 135
7.2 細觀尺度油水動力學關系數(shù)學模型 136
7.2.1 網絡結構油水動力學關系模型 136
7.2.2 網絡結構細觀尺度油水流動數(shù)值模擬方法 141
7.2.3 網絡結構細觀尺度油水動力學關系數(shù)值模擬 142
7.2.4 油水動力學特性影響因素研究 142
7.3 反映細觀動力學特性的宏觀滲流力學數(shù)學描述 149
7.3.1 細觀與宏觀尺度力學參數(shù)關系表征 149
7.3.2 宏觀滲流力學數(shù)學描述方法 150
第8章 考慮空間位形力的非勻相流體滲流規(guī)律 152
8.1 考慮空間位形力的微圓管流動模型 152
8.1.1 不同形狀顆粒通過圓柱形孔道 152
8.1.2 速度和流量模型 158
8.1.3 微圓管流動影響因素分析 160
8.2 考慮空間位形力作用微圓管兩相流數(shù)學模型及影響因素分析 168
8.2.1 考慮空間位形力作用微圓管兩相流體流動數(shù)學模型研究 168
8.2.2 微圓管兩相流體流動影響因素模擬分析 169
8.3 微圓管流動規(guī)律特征實驗驗證滲流模型 174
8.3.1 納微米聚合物顆粒的性質 174
8.3.2 實驗流速與壓力梯度的關系 176
第9章 考慮雙電層效應的不可壓縮流體流動規(guī)律 180
9.1 物理模型和數(shù)學模型 180
9.1.1 電勢場方程 181
9.1.2 電場方程 183
9.1.3 流動控制方程 184
9.2 數(shù)值求解 185
9.2.1 計算方案 185
9.2.2 網格設計與邊界處理方法 186
9.2.3 人工壓縮算法求解 187
9.3 結果與討論 190
9.3.1 電勢分布 190
9.3.2 電荷密度和電場分布 191
9.3.3 考慮雙電層效應的微圓管流體流動特性 192
第10章 考慮微觀力作用的二維微觀網絡數(shù)值模擬 196
10.1 二維微觀網絡巖心網絡模型模擬計算方法 196
10.1.1 考慮微觀力作用的二維微觀網絡模型 196
10.1.2 水驅動態(tài)網絡模型的計算流程 204
10.2 油水分布規(guī)律模擬動態(tài)顯示 205
10.3 二維尺度剩余油成因微觀力作用機理模擬研究 210
10.3.1 微觀孔隙結構對剩余油分布影響分析 210
10.3.2 不同類型儲層剩余油微觀分布特征 228
10.3.3 不同類型儲層剩余油成因微觀力作用機制研究 236
第11章 考慮微觀力作用的三維微觀網絡巖心仿真模擬 240
11.1 巖心三維微觀網絡模型構建 240
11.1.1 微CT掃描實驗儀器及工作原理 241
11.1.2 微CT掃描構建三維數(shù)字巖心的過程 241
11.1.3 孔隙網絡模型的提取 244
11.2 三維微觀網絡巖心水驅油網絡模型建立 245
11.2.1 孔隙空間的描述 245
11.2.2 引流過程及毛細管力 247
11.2.3 滲吸過程及毛細管力 250
11.3 三維微觀網絡巖心網絡模型模擬計算方法 254
11.3.1 飽和度的計算方法 254
11.3.2 滲透率的計算方法 255
11.3.3 傳導率的計算方法 256
11.4 三維尺度剩余油成因微觀力作用機理模擬研究 259
11.4.1 模擬參數(shù) 259
11.4.2 相對滲透率曲線 260
11.4.3 含水率曲線 261
11.4.4 采出程度曲線 262
第12章 微觀網絡仿真模擬與室內模擬驗證及分析 265
12.1 二維微觀網絡水驅模擬的實驗模擬驗證 265
12.1.1 實驗設計 265
12.1.2 實驗結果及分析 269
12.1.3 剩余油分布與數(shù)值仿真模擬比對 271
12.2 巖心水驅相對滲透率曲線規(guī)律影響分析 273
12.2.1 實驗原理 273
12.2.2 實驗方法 273
12.2.3 巖心選取 273
12.2.4 實驗結果及分析 274
12.3 三維網絡模型仿真模擬的巖心水驅實驗模擬驗證 275
12.3.1 模擬參數(shù) 275
12.3.2 模擬結果和實驗結果對比 277
12.4 室內巖心水驅實驗與三維網絡模型仿真模擬結果對比分析 278
第13章 多孔介質細觀剩余油形成機制 282
13.1 微觀剩余油成因機理分析 282
13.1.1 介質細觀力作用與剩余油特征關系 282
13.1.2 介質細觀各種力的相互作用關系及對驅動影響 291
13.2 不同類型微觀剩余油啟動條件 297
13.2.1 調整驅動壓力梯度 297
13.2.2 調整驅替方向 300
13.2.3 剩余油有效動用方法 301
第14章 聚合物驅網絡模型及數(shù)值模擬 303
14.1 聚合物溶液黏度方程 303
14.2 聚合物溶液二維動態(tài)網絡模型及數(shù)值模擬 304
14.3 聚合物溶液三維網絡模型及數(shù)值模擬 306
參考文獻 309